（电机与电器专业论文）稀土永磁无刷直流电动机cad系统.pdf

西北工业大学硕士学位论文 abs tract a i m a t r e s e a r c h i n g r a r e e a r t h p e r m a n e n t m a g n e t b r u s h l e s s d i r e c t c u r r e n t m o t o r ( r e p mb l d c m) c o m p u t e r a i d e d d e s i g n ( c a d ) t e c n i q u e ,a s u i t o f s y s t e m i s d e v e l o p e d ,w h i c h i s m o r e a c c u r a t e , m o r e r a p i d a n d m o r e c o n v e n i e n t . i n t h i s d i s s e rt a t i o n t h e a p p li c a t i o n o f t h e r e p b l d c m a n d e l e c t r ic i t y m o t o r d e s i g n t e c h n i q u e p e r f o r m a n c e i n d e x a r e in t r o d u c e d . t h e a c t u a l it y a n d d e v e l o p m e n t o f e l e c t r i c m o t o r c a d t e c h n i q u e i s a n a ly s e d . c o n t r a p o s e r e p mb l d c m s p e c u l i a r it y , c o m b i n e e l e c t r i c i t y m o t o r c a d t e c h n i q u e , t h e n o v e l r e p mb l d c m c a d s y s t e m b a s e d o n wi n d o w s o p e r a t i o n s y s t e m i s d e v e l o p e d t h r o u g h c + + b u i l d e r 5 . 0 l a n g u a g e . t h e s y s t e m a d o p t s l i s t v i e w a n d t r e e v i e w w i n d o w i n t e r f a c e , s u s t a in s m u l t i t a s k f u n c t io n , i t s o p e r a t i o n i s e a s y u s i n g m o u s e a n d k e y b o a r d , i t a l s o g i v e s s u p p o rt t o n o t c h c a l c u l a t i n g a n d i n s i d e a n d o u t s i d e r o t o r d e s i g n a n d s o e n d . b a s e o n a n a l y z i n g t h e p e r f o r m a n c e p e c u l i a r it y , b a s i c f o r m u l a , w o r k i n g s p e c i a l i t y a n d d e s i g n m e t h o d o f t h e r e p mb l d c m, t h e s t r u c t u r e , c o n t e n t , d e s ig n a l g o r i t h m o f t h e r e p mb l d c m a r e r e s e a r c h e d . wo r k o u t i n g a n a c t i v e x w i t h m e s s a g e d e l i v e r , u n it c o n v e r s i o n , fl o a t in g f o i n t n u m b e r s h o w f o r m a t c o n t r a l m u l t i - f u n c t i o n , r e a l i z e t h e m u l t i - b l o c k r e p mb l d c m s y s t e m b a s e d o n c o r e d a t a b a s e , w h i c h g a t h e r m o t o r d e s i g n , p e r f o r m a n c e f o r e c a s t , s t r u c t u r e c h a r t o u 中 u t t h e e l e c t r o m a g n e t i s m s c h e m e a b o u t r e p m b l d c m u s e d i n p o w e r b e d i s g i v e n w it h t h e r e p mb l d c m c a d s y s t e m . t h i s s c h e m e i s s i m u l a te d b y a n s o f t s o ft w a r e e n v i r o n m e n t , t h e r e s u l t i n o s c u l a t e c o m p l e t e ly .t h i s c a d s y s t e m h a s p a s s e d s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y f r u i t a p p r a is a l o f n a t i o n a l d e f e n c e s c i e n c e a n d i n d u s t ry c o m m i t t e e . i t h a s b e e n s u c c e s s f u l l y u s e d i n a v i a t i o n , s p a c e fl i g t , c iv i l i a n u s e a n d s o e n d d o m a i n , t h e r e s u l t s h o w e d t h a t t h e c a d s y s t e m h a s b r o a d p r a c t ic a l p r o s p e c t a n d b e t t e r p r a c t i c a l it y v a l u e . k e y w o r d s : r a r e e a rt h , b l d c m, c a d , e l e c t r i c it y m o to r d e s i g n , a c t i v e x , c + + bu i l d e r 西北工业大学硕士学位论文 第 1 章绪 论 本章主要介绍了稀土永磁无刷直流电动机的应用、电机设计的主要技术指 标、电机设计技术的概况和电机c a d 技术的发展、 特点和意义，以及稀土永磁 无刷直流电动机c a d 系统的特点。 1 . 1稀土永磁无刷直流电 动机 1 . 1 . 1稀土永磁无刷直流电动机的应用 稀土永磁无刷直流电 动机( 简称r e p m b d c m ) 是近年随着电 子技术的 迅速 发展而发展起来的一种新型电 机， 它用一套电子换向 装置代替了有刷直流电 动 机的机械换向装置， 保留了有刷直流电动机宽阔而平滑的优良调速性能。 由于它 采用电子换向装置，克服了一般直流电动机存在着的换向冒火花、可靠性差、 高噪声、强无线干扰等软点。同时它既有一般直流电机机械特性和调节性，又 具有调速范围宽、体积小、启动迅速、运行可靠、效率高、寿命长等优点。因 此在精密电子设备和器具领域、工业自 动化设备领域、汽车和电动车辆设备领 域、现代家用电器中得到广泛应用， 如: 计算机的软盘驱动装置， 人工智能机器 人c d 机、 空调器、电动交通工具乃至航空、航天、航海业等。除具有有刷直 流机的优点外， 还具有高能量密度， 高转矩惯性化高效率等特点， 同时， 现代电力 电子技术和永磁材料的发展又为其发展提供了便利条件， 因此p mb d c m具有很 强的生命力和发展前途。 在3 0 世纪7 0 年代， 稀土永磁材料还仅应用于肮空电机上， 但在短短的儿i 一 年 里，它已广泛地应用于军品和民品中， 如无人驾驶飞机用的直流电机、工程油泵 电机、高效节能纺织电机以及作为电动自 行车、电动汽车和先进的医疗器械中 的驱动设备等。 随着稀土永磁材料磁性能的提高， 稀土永磁无刷直流电动机必将 在结构上更加精巧， 性能上更加优越， 应用更加广泛。 1 . 1 . 2稀土永磁无刷直流电动机的技术要求 1 ) 额定值 西北工业大学硕士学位论文 第 1 章绪 论 本章主要介绍了稀土永磁无刷直流电动机的应用、电机设计的主要技术指 标、电机设计技术的概况和电机c a d 技术的发展、 特点和意义，以及稀土永磁 无刷直流电动机c a d 系统的特点。 1 . 1稀土永磁无刷直流电 动机 1 . 1 . 1稀土永磁无刷直流电动机的应用 稀土永磁无刷直流电 动机( 简称r e p m b d c m ) 是近年随着电 子技术的 迅速 发展而发展起来的一种新型电 机， 它用一套电子换向 装置代替了有刷直流电 动 机的机械换向装置， 保留了有刷直流电动机宽阔而平滑的优良调速性能。 由于它 采用电子换向装置，克服了一般直流电动机存在着的换向冒火花、可靠性差、 高噪声、强无线干扰等软点。同时它既有一般直流电机机械特性和调节性，又 具有调速范围宽、体积小、启动迅速、运行可靠、效率高、寿命长等优点。因 此在精密电子设备和器具领域、工业自 动化设备领域、汽车和电动车辆设备领 域、现代家用电器中得到广泛应用， 如: 计算机的软盘驱动装置， 人工智能机器 人c d 机、 空调器、电动交通工具乃至航空、航天、航海业等。除具有有刷直 流机的优点外， 还具有高能量密度， 高转矩惯性化高效率等特点， 同时， 现代电力 电子技术和永磁材料的发展又为其发展提供了便利条件， 因此p mb d c m具有很 强的生命力和发展前途。 在3 0 世纪7 0 年代， 稀土永磁材料还仅应用于肮空电机上， 但在短短的儿i 一 年 里，它已广泛地应用于军品和民品中， 如无人驾驶飞机用的直流电机、工程油泵 电机、高效节能纺织电机以及作为电动自 行车、电动汽车和先进的医疗器械中 的驱动设备等。 随着稀土永磁材料磁性能的提高， 稀土永磁无刷直流电动机必将 在结构上更加精巧， 性能上更加优越， 应用更加广泛。 1 . 1 . 2稀土永磁无刷直流电动机的技术要求 1 ) 额定值 西北工业人学硕十学位论文 a . 额定功率p n 是指无刷直流电动机在额定状态下运行时， 轴端输出的机 诫功率。对于一个系列产品来说，为生产制造的方便，电动机的功率等级应按 一定的比 例系数递增。该功率递增系数越小， 提供用户选择的品种数目 越多， 则配套使用时过安装容量和过安装费用也越少。但由于电动机品种数目的增多 使得电动机制造工艺装备增加，生产管理复杂，从而导致成本土升。因此，功 率等级应权衡生产和使用两方面的需求加以合理地制定。如需设计系列产品， 其功率递增系数可参照一般直流电动机的功率递增系数，也可根据工厂自身的 生产条件和市场需求来确定。 b . 电压u n 是指电 动机在额定状态运行时的端电压。 c . 额定转速。 、 是指在额定电压和额定负载下的转速。 2 )技术要求 a . 运行方式和一般直流电动机一样，无刷直流电 动机的运行方式有连 续、短时和断续三种。连续运行方式的电动机，能按其额定值长期连续运行。 短时运行方式的电动机，按额定值从实际冷态开始在规定的持续时间内运行。 断续运行方式的电动机，按额定值运行一段时间后，断电停转一段时间，而后 再按同样的周期反复运行，标准的持续率有1 5 %, 2 5 %, 4 0 %, 6 0 %四种。 所 谓持续率是指一个周期时间内通电运行， 8 5 %时间是断电停转。在同样的功率 和同样的温升限制下，断续或短时运行方式的电 动机尺寸要比连续运行方式的 电动机小。 b . 防护型式电动机的防护型式直接影响电动机的结构及通风散热， 在设 计时必须予以充分注意。一般的直流电动机的防护型式主要有防护式和封闭式 两种。防护式主要是指其导电部分有必要的绝缘或机械壳体保护，以防止意外 的接触和电源短路等事故，但并不显著地防碍电 动机的 通风散热。封闭式电动 机的结构能阻止机壳内外空气的自由交换，但并不要求完全封闭，主要用于 尘 埃较多的场所。 c . 温升 在电动机运行过程中，由于它本身内部的损耗而产生热量， 从而 导致电动机各部件老化，寿命缩短。电动机温升的允许值主要决定于绝缘材料 的耐热等级。 d . 效率电动机的运行效率直 接影响电能的有效利用， 也影响电动机本身 两北一 业大学硕士学位论文 的温升。它是衡量电动机质量的重要指标之一。因此，各类电动机在额定运行 时的效率在有关技术条件中都有具体规定，有时还规定效率的容差。在设计电 动机时要保证达到规定的效率。 由于目 前应用的无刷直流电动机的功率均较小， 其能耗的指标并不十 一 分突出，在保证其他性能指标的前提下，有时允许牺牲点 效率。 e 电动机的转速变化率当绕组接近工作温度、 端电压保持不变时，电动 机外加负载逐渐调至空载， 其转速的变化率a n %应不超过一定的规定。 转速变 化率的容差为保证值的2 0 % e 电动机的技术要求，除了以上以 外，还应满足绝缘强度、过载能力、超速 能力、振动、噪声以及尺寸等方面的要求口 1 . 2电机c a d技术的现状与发展 1 . 2 . 1 c a d技术的发展 近5 0 年来，计算机技术的迅猛发展和计算机新系统的广泛应用，使 c a d ( c o m p u t e r a i d e d d e s i g n ) 技术性成为一门 新兴的学科。目 前， c a d 技术己 成 为广大工程技术人员从事产品和各种工程对象的设计、分析及绘图的有效工具， 使产品和工程设计过程实现了自 动化。 c a d 技术把计算机快速、 准确、 直观的特 点和设计人员的逻辑思维、 综合分析能力及设计经验相结合， 减轻了设计人员的 劳动，可加速产品的设计过程， 缩短设计周期， 提高设计精度和效率， 保证产品 设计的高质量，适应了当代工业产品的多品种、小批量和快速更新换代的要求， 极大地提高了产品的竞争能力。 c a d 的产生早在5 0 年代初期，当第一台平板式绘图机在美国由奥地利人 h .j o s e p h g e r b e r 研制成功后，计算机绘图及c a d 便由此开始。 7 0 年代，随着小型计算机和微型机的问世，c a d 技术开始了大规模的发展， 美国 各大公司开始竟相研制交互式计算机辅助设计及绘图 软件包并几乎遍及航 空、航天、汽车、船舶、电力等领域。 8 0 年代， c a d / c a m己 经发展到普遍推广应用阶段，如美国哥伦比亚号 航 天 飞 机的8 0 % 机械零件都是由c a d 协同设计完成的，波音公司在设计波音7 2 7 两北一 业大学硕士学位论文 的温升。它是衡量电动机质量的重要指标之一。因此，各类电动机在额定运行 时的效率在有关技术条件中都有具体规定，有时还规定效率的容差。在设计电 动机时要保证达到规定的效率。 由于目 前应用的无刷直流电动机的功率均较小， 其能耗的指标并不十 一 分突出，在保证其他性能指标的前提下，有时允许牺牲点 效率。 e 电动机的转速变化率当绕组接近工作温度、 端电压保持不变时，电动 机外加负载逐渐调至空载， 其转速的变化率a n %应不超过一定的规定。 转速变 化率的容差为保证值的2 0 % e 电动机的技术要求，除了以上以 外，还应满足绝缘强度、过载能力、超速 能力、振动、噪声以及尺寸等方面的要求口 1 . 2电机c a d技术的现状与发展 1 . 2 . 1 c a d技术的发展 近5 0 年来，计算机技术的迅猛发展和计算机新系统的广泛应用，使 c a d ( c o m p u t e r a i d e d d e s i g n ) 技术性成为一门 新兴的学科。目 前， c a d 技术己 成 为广大工程技术人员从事产品和各种工程对象的设计、分析及绘图的有效工具， 使产品和工程设计过程实现了自 动化。 c a d 技术把计算机快速、 准确、 直观的特 点和设计人员的逻辑思维、 综合分析能力及设计经验相结合， 减轻了设计人员的 劳动，可加速产品的设计过程， 缩短设计周期， 提高设计精度和效率， 保证产品 设计的高质量，适应了当代工业产品的多品种、小批量和快速更新换代的要求， 极大地提高了产品的竞争能力。 c a d 的产生早在5 0 年代初期，当第一台平板式绘图机在美国由奥地利人 h .j o s e p h g e r b e r 研制成功后，计算机绘图及c a d 便由此开始。 7 0 年代，随着小型计算机和微型机的问世，c a d 技术开始了大规模的发展， 美国 各大公司开始竟相研制交互式计算机辅助设计及绘图 软件包并几乎遍及航 空、航天、汽车、船舶、电力等领域。 8 0 年代， c a d / c a m己 经发展到普遍推广应用阶段，如美国哥伦比亚号 航 天 飞 机的8 0 % 机械零件都是由c a d 协同设计完成的，波音公司在设计波音7 2 7 两北一 业大学硕士学位论文 的温升。它是衡量电动机质量的重要指标之一。因此，各类电动机在额定运行 时的效率在有关技术条件中都有具体规定，有时还规定效率的容差。在设计电 动机时要保证达到规定的效率。 由于目 前应用的无刷直流电动机的功率均较小， 其能耗的指标并不十 一 分突出，在保证其他性能指标的前提下，有时允许牺牲点 效率。 e 电动机的转速变化率当绕组接近工作温度、 端电压保持不变时，电动 机外加负载逐渐调至空载， 其转速的变化率a n %应不超过一定的规定。 转速变 化率的容差为保证值的2 0 % e 电动机的技术要求，除了以上以 外，还应满足绝缘强度、过载能力、超速 能力、振动、噪声以及尺寸等方面的要求口 1 . 2电机c a d技术的现状与发展 1 . 2 . 1 c a d技术的发展 近5 0 年来，计算机技术的迅猛发展和计算机新系统的广泛应用，使 c a d ( c o m p u t e r a i d e d d e s i g n ) 技术性成为一门 新兴的学科。目 前， c a d 技术己 成 为广大工程技术人员从事产品和各种工程对象的设计、分析及绘图的有效工具， 使产品和工程设计过程实现了自 动化。 c a d 技术把计算机快速、 准确、 直观的特 点和设计人员的逻辑思维、 综合分析能力及设计经验相结合， 减轻了设计人员的 劳动，可加速产品的设计过程， 缩短设计周期， 提高设计精度和效率， 保证产品 设计的高质量，适应了当代工业产品的多品种、小批量和快速更新换代的要求， 极大地提高了产品的竞争能力。 c a d 的产生早在5 0 年代初期，当第一台平板式绘图机在美国由奥地利人 h .j o s e p h g e r b e r 研制成功后，计算机绘图及c a d 便由此开始。 7 0 年代，随着小型计算机和微型机的问世，c a d 技术开始了大规模的发展， 美国 各大公司开始竟相研制交互式计算机辅助设计及绘图 软件包并几乎遍及航 空、航天、汽车、船舶、电力等领域。 8 0 年代， c a d / c a m己 经发展到普遍推广应用阶段，如美国哥伦比亚号 航 天 飞 机的8 0 % 机械零件都是由c a d 协同设计完成的，波音公司在设计波音7 2 7 西北工业大学硕十学位论文 客机是全部采用c a d / c a m 技术，是生产率提高l 0 0 % o 随着计算机相关技术的 进一步发展，应用计算机先进技术较多、 更新较频繁的c a d 工作站，其性能价 格必将大幅度提高，其强化的图形功能及软件的进一步集成，使c a d / c a m的 技术和应用都在相关度、深度和综合化方面迅速推进并取得重大进展。在制造 业，c a d 和c a m的日益密切结合，为生产到来了显著的经济效益，可以说， c a d / c a m技术己 经在工业生产和设计中引起一场革命性变革。 国内目前在c a d / c a m的许多方面与国外上有一定的差距， 从8 0 年代初期， c a d 首先在国内的一部分研究所及大专院校悄然兴起并主要集中在图形处理 技术方面，经过几年的努力，已开发不少有实用价值的中、小型c a d 系统如汽 车行业计算机辅助车身外表面交互设计系统s u ms / s a w， 航空工业计算机辅助 几何设计与制造系统c a d / c a m ， 中小型电机交互式c a d 系统等。 c a d / c a m以 其独有的诱惑力吸引无数科技、工程界 人士投身其中，目 前 发达国家已 形成专门围绕c a d / c a m 进行研究、开发、 制造、销售及咨询于一 体的新兴产业。国外的实践经验表明:采用c a d / c a m技术可以明显的缩短产 品和工程设计周期，提高质量、降低成本、提高劳动生产率，因而它是加速产 品更新换代的有效手段，是改革传统生产的必由之路。因此，为加速我国的工 业现代化进程，我们既要引进、消化、吸收国外己 有的先进c a d / c a m 技术， 更要花相当多的精力研究、开发适合中国国情的c a d / c a m产业，推动我国各 行业的c a d / c a m技术的迅速发展。 1 . 2 . 2电机c a d技术的意义 电机c a d ， 是c a d 技术在电机设计领域的具体应用。 电 机设计活动是一项 复杂的脑力劳动，设计中包含了三个不同层次的智力活动。 第一层原则和技术要求的决策，这是设计工作最高层次的指导。 第二层设计方案的规划，是关系到设计方案的质量高低，是设计工作的核 心。只有熟悉电机设计理论，并有丰富试验经验的设计者才能出色地完成。 第三层常规的计算和作图， 这是常规性和程序性的，也是最繁琐、最费时 的。这里正是计算机介入的突破口。 对涉及活动的三个层次的分析可以看到，沿袭至今的电机设计方法让受过 西北工业大学硕十学位论文 客机是全部采用c a d / c a m 技术，是生产率提高l 0 0 % o 随着计算机相关技术的 进一步发展，应用计算机先进技术较多、 更新较频繁的c a d 工作站，其性能价 格必将大幅度提高，其强化的图形功能及软件的进一步集成，使c a d / c a m的 技术和应用都在相关度、深度和综合化方面迅速推进并取得重大进展。在制造 业，c a d 和c a m的日益密切结合，为生产到来了显著的经济效益，可以说， c a d / c a m技术己 经在工业生产和设计中引起一场革命性变革。 国内目前在c a d / c a m的许多方面与国外上有一定的差距， 从8 0 年代初期， c a d 首先在国内的一部分研究所及大专院校悄然兴起并主要集中在图形处理 技术方面，经过几年的努力，已开发不少有实用价值的中、小型c a d 系统如汽 车行业计算机辅助车身外表面交互设计系统s u ms / s a w， 航空工业计算机辅助 几何设计与制造系统c a d / c a m ， 中小型电机交互式c a d 系统等。 c a d / c a m以 其独有的诱惑力吸引无数科技、工程界 人士投身其中，目 前 发达国家已 形成专门围绕c a d / c a m 进行研究、开发、 制造、销售及咨询于一 体的新兴产业。国外的实践经验表明:采用c a d / c a m技术可以明显的缩短产 品和工程设计周期，提高质量、降低成本、提高劳动生产率，因而它是加速产 品更新换代的有效手段，是改革传统生产的必由之路。因此，为加速我国的工 业现代化进程，我们既要引进、消化、吸收国外己 有的先进c a d / c a m 技术， 更要花相当多的精力研究、开发适合中国国情的c a d / c a m产业，推动我国各 行业的c a d / c a m技术的迅速发展。 1 . 2 . 2电机c a d技术的意义 电机c a d ， 是c a d 技术在电机设计领域的具体应用。 电 机设计活动是一项 复杂的脑力劳动，设计中包含了三个不同层次的智力活动。 第一层原则和技术要求的决策，这是设计工作最高层次的指导。 第二层设计方案的规划，是关系到设计方案的质量高低，是设计工作的核 心。只有熟悉电机设计理论，并有丰富试验经验的设计者才能出色地完成。 第三层常规的计算和作图， 这是常规性和程序性的，也是最繁琐、最费时 的。这里正是计算机介入的突破口。 对涉及活动的三个层次的分析可以看到，沿袭至今的电机设计方法让受过 西北汗 _ 业大学硕士学位论文 专业训练的设计者把主要精力和大部分时间消耗在低层次的计算和作图上，而 对方案规划投入的力量却很少，至于更高层次的设计活动就更没有考虑的余地 了。这种不合理的情况主要源于设计工具和手段的落后， 在电机c a d 技术出现 后，才把设计者从简单繁琐的劳动中解脱出来，更多的考虑电机的性能和电机 的优化设计。 国内 外的实践经验都证明了，电机c a d 技术必将成为广大工业企业创造巨 大的经济效益，成为他们增强竞争能力，加快经济发展的有力保证。 1 . 2 . 3电 机c a d技术的特点 c a d 系统有许多类型， 但基本上可以分为三种: 计算型、 交互型和检索型。 而电机c a d 有别于c a d 的主流形式， 是一种以计算型为主的类型。 这是由于描 述电 机机电能量转化有确定的数学模型。 但是，电机设计一个性能要求复杂、 数学模型高度飞行型的多 参量系统，因而电 机c a d 的 特点为: 1 ) 利用计算机的快速度和高精度， 反复求解电机的多参量、 非线性、 不定 隐式方程，并多方分析、 修改，提高电 机参数分析计算的精度，辅助设计人员 快捷、准确地找出最佳方案。 2 ) 继承各种经验参数、曲 线， 用图表几个类标准， 为设计人员提供有效、 方便的专家型帮助。 3 ) c a d 环境应简明使用，通用性好，并能充分体现设计人员的设计意识， 尽量大的发挥设计人员的创造力。 电 机c a d 系统一般应具有科学计算、 图形处理和数据库三大基本功能。 图 ( 1 - 1 )中表示了与电 机c a d 软件有关的主要概念。 其中: 1 )科学计算 c a d 的科学计算建立在计算机强大的计算能力和储存能力 上，可以完成设计中提出的各项计算问题。电 机的分析核算、有限元分析、综 合计算以及优化设计等。 2 ) 图形处理 c a d 的图形处理指借计算机的输入、 输出设备， 进行图形 的生成、 变化、 分析等工作。电机的图形处理主要是生成和绘制电机的结构如、 零部件土、剖分图以及各种特性曲线等。 西北汗 _ 业大学硕士学位论文 专业训练的设计者把主要精力和大部分时间消耗在低层次的计算和作图上，而 对方案规划投入的力量却很少，至于更高层次的设计活动就更没有考虑的余地 了。这种不合理的情况主要源于设计工具和手段的落后， 在电机c a d 技术出现 后，才把设计者从简单繁琐的劳动中解脱出来，更多的考虑电机的性能和电机 的优化设计。 国内 外的实践经验都证明了，电机c a d 技术必将成为广大工业企业创造巨 大的经济效益，成为他们增强竞争能力，加快经济发展的有力保证。 1 . 2 . 3电 机c a d技术的特点 c a d 系统有许多类型， 但基本上可以分为三种: 计算型、 交互型和检索型。 而电机c a d 有别于c a d 的主流形式， 是一种以计算型为主的类型。 这是由于描 述电 机机电能量转化有确定的数学模型。 但是，电机设计一个性能要求复杂、 数学模型高度飞行型的多 参量系统，因而电 机c a d 的 特点为: 1 ) 利用计算机的快速度和高精度， 反复求解电机的多参量、 非线性、 不定 隐式方程，并多方分析、 修改，提高电 机参数分析计算的精度，辅助设计人员 快捷、准确地找出最佳方案。 2 ) 继承各种经验参数、曲 线， 用图表几个类标准， 为设计人员提供有效、 方便的专家型帮助。 3 ) c a d 环境应简明使用，通用性好，并能充分体现设计人员的设计意识， 尽量大的发挥设计人员的创造力。 电 机c a d 系统一般应具有科学计算、 图形处理和数据库三大基本功能。 图 ( 1 - 1 )中表示了与电 机c a d 软件有关的主要概念。 其中: 1 )科学计算 c a d 的科学计算建立在计算机强大的计算能力和储存能力 上，可以完成设计中提出的各项计算问题。电 机的分析核算、有限元分析、综 合计算以及优化设计等。 2 ) 图形处理 c a d 的图形处理指借计算机的输入、 输出设备， 进行图形 的生成、 变化、 分析等工作。电机的图形处理主要是生成和绘制电机的结构如、 零部件土、剖分图以及各种特性曲线等。 西北工业大学硕士学位论文 3 ) 数据库c a d 数据库是计算机储存设备上的一个通用的集合。综合性 的减少冗余程度 数据重复储存程度)的有关数据的集合，数据库可以提供和 储存c a d 科学计算和图形处理中需要的和产生的大量数据， 并保证不同用途对 数据资源的共享。 图 ( 1 - 1 ) 与电机c a d软件有关的概念 1 .2 . 4电机c a d技术的发展 电机c a d 在机械工业中，除了最早开拓的飞机和汽车制造行业以外，电机 工业也是采用c a d 技术最早的行业之一。 自五十年代后期，美国西吴学大公司就开始采用计算机进行电机的设计计 算。而其他较著名的美国各g e 公司，英国的l u s s 公司，日 本的三菱株式会社， 其中大部分电机都是在c a d , c a m, c a t 系统中开发的。 大大增强了其产品的 国际竞争能力。 从七十年代起，我国把计算机辅助设计引入到了电机行业，那时的应用仅 仅局限于电机的电磁设计计算方面，已经使一台电机电磁设计计算时间由几天 缩短到几分钟一 几十分钟，大大减轻了设计人员的劳动强度。 从八十年代开始，c a d 技术应用在我国逐步得到发展，开发出了以工程数 据库为中心支持的、 集成化的电机设计 c a d 系统。由 系统管理程序将电 机产品 设计程序软件包、工程数据库系统和工程图绘图程序连成为一个整体。 九十年代初电机设计专家系统的问世， 把电机设计c a d 系统提.高 到个新的 西北工业大学硕士学位论文 3 ) 数据库c a d 数据库是计算机储存设备上的一个通用的集合。综合性 的减少冗余程度 数据重复储存程度)的有关数据的集合，数据库可以提供和 储存c a d 科学计算和图形处理中需要的和产生的大量数据， 并保证不同用途对 数据资源的共享。 图 ( 1 - 1 ) 与电机c a d软件有关的概念 1 .2 . 4电机c a d技术的发展 电机c a d 在机械工业中，除了最早开拓的飞机和汽车制造行业以外，电机 工业也是采用c a d 技术最早的行业之一。 自五十年代后期，美国西吴学大公司就开始采用计算机进行电机的设计计 算。而其他较著名的美国各g e 公司，英国的l u s s 公司，日 本的三菱株式会社， 其中大部分电机都是在c a d , c a m, c a t 系统中开发的。 大大增强了其产品的 国际竞争能力。 从七十年代起，我国把计算机辅助设计引入到了电机行业，那时的应用仅 仅局限于电机的电磁设计计算方面，已经使一台电机电磁设计计算时间由几天 缩短到几分钟一 几十分钟，大大减轻了设计人员的劳动强度。 从八十年代开始，c a d 技术应用在我国逐步得到发展，开发出了以工程数 据库为中心支持的、 集成化的电机设计 c a d 系统。由 系统管理程序将电 机产品 设计程序软件包、工程数据库系统和工程图绘图程序连成为一个整体。 九十年代初电机设计专家系统的问世， 把电机设计c a d 系统提.高 到个新的 西北 七 业大学硕士学位论文 水平。 前期电机设计c a d 系统更多的是使用了计算机强大的数据计算功能， 而专 家系统则是电机设计c a d 系统与人工智能专家系统相互结合而建立起来的一种 新型的电机智能设计c a d 系统。 我们可以把电机设计工作大致分为两个方面， 一 是推理性的工作， 主要有初始方案的拟定、 初始设计数据的选择以及进行方案比 较、 选择最优方案等; 二是数值计算性工作， 主要是根据选定的初始方案进行大 量的数值计算， 得出相应的结果。电机设计专家系统是把电机理沦和电机设计的 基础知识以及电机设计专家积累的丰富经验， 编制成一条条规则存储在知识库 中， 通过建立正确的推理机制和良 好的人机界面， 又专家系统来指导用户进行设 计工作。目 前我国的电 机设计专家系统的研究还处于初级阶段， 还有许多问题有 待于进行深入的研究解决。 近年来，由于wi n d o w s 视窗化软件的普及推广， 尤其是c 、 十 、 v i s u a l c 十 + 及 c + + b u i l d e r 的快速发展，基于wi n d o w s 环境平台上运行的可视化电机设计系统 也应运而生。电机设计c a d 系统的智能化、可视化、实用化及集成化，是今后 发展的必然趋势。 1 . 3稀土永磁无刷直流电动机c a d系统的特点 1 .3 . 1概述 本软件是基于wi n d o w s m e , wi n d o w s 2 0 0 0 , wi n d o w s x p 操作平台，利用 c + 一 卜 b i l d e r 5 .0 编制的交互式软件，稀土永磁无刷直流电动机c a d 系统的设计思 想是通过数据库的管理来组织软件各相关功能。采用分层次、多模块结构，系 统划分为八大模块:核心数据库模块、电 机设计模块、用户界面模块、电机结 构图形模块、电机特性曲线模块、 材料库管理模块、 打印报表模块、 加密模块。 各模块之间功能分立，相互的通讯和联系完全依靠核心数据库进行。该系统还 具有以下特点， 即在磁路计算时， 以高精度的误差分析准确求取磁路的_ l二 作点; 集电机设计、性能预测、电机结构图输出于一体;采用数据库共享管理方式; 提供全汉字多级菜单界面和热线帮助。又充分利用wi n d o w s 强大的图形界面功 能，开发出系统输入方便，人机界面友好，操作方便，通用性强，适合于生产 厂家对稀上永磁无刷直流电动机进行电磁设计、计算的电机c a d 程序，t h . 有利 西北 七 业大学硕士学位论文 水平。 前期电机设计c a d 系统更多的是使用了计算机强大的数据计算功能， 而专 家系统则是电机设计c a d 系统与人工智能专家系统相互结合而建立起来的一种 新型的电机智能设计c a d 系统。 我们可以把电机设计工作大致分为两个方面， 一 是推理性的工作， 主要有初始方案的拟定、 初始设计数据的选择以及进行方案比 较、 选择最优方案等; 二是数值计算性工作， 主要是根据选定的初始方案进行大 量的数值计算， 得出相应的结果。电机设计专家系统是把电机理沦和电机设计的 基础知识以及电机设计专家积累的丰富经验， 编制成一条条规则存储在知识库 中， 通过建立正确的推理机制和良 好的人机界面， 又专家系统来指导用户进行设 计工作。目 前我国的电 机设计专家系统的研究还处于初级阶段， 还有许多问题有 待于进行深入的研究解决。 近年来，由于wi n d o w s 视窗化软件的普及推广， 尤其是c 、 十 、 v i s u a l c 十 + 及 c + + b u i l d e r 的快速发展，基于wi n d o w s 环境平台上运行的可视化电机设计系统 也应运而生。电机设计c a d 系统的智能化、可视化、实用化及集成化，是今后 发展的必然趋势。 1 . 3稀土永磁无刷直流电动机c a d系统的特点 1 .3 . 1概述 本软件是基于wi n d o w s m e , wi n d o w s 2 0 0 0 , wi n d o w s x p 操作平台，利用 c + 一 卜 b i l d e r 5 .0 编制的交互式软件，稀土永磁无刷直流电动机c a d 系统的设计思 想是通过数据库的管理来组织软件各相关功能。采用分层次、多模块结构，系 统划分为八大模块:核心数据库模块、电 机设计模块、用户界面模块、电机结 构图形模块、电机特性曲线模块、 材料库管理模块、 打印报表模块、 加密模块。 各模块之间功能分立，相互的通讯和联系完全依靠核心数据库进行。该系统还 具有以下特点， 即在磁路计算时， 以高精度的误差分析准确求取磁路的_ l二 作点; 集电机设计、性能预测、电机结构图输出于一体;采用数据库共享管理方式; 提供全汉字多级菜单界面和热线帮助。又充分利用wi n d o w s 强大的图形界面功 能，开发出系统输入方便，人机界面友好，操作方便，通用性强，适合于生产 厂家对稀上永磁无刷直流电动机进行电磁设计、计算的电机c a d 程序，t h . 有利 西北 七 业大学硕士学位论文 水平。 前期电机设计c a d 系统更多的是使用了计算机强大的数据计算功能， 而专 家系统则是电机设计c a d 系统与人工智能专家系统相互结合而建立起来的一种 新型的电机智能设计c a d 系统。 我们可以把电机设计工作大致分为两个方面， 一 是推理性的工作， 主要有初始方案的拟定、 初始设计数据的选择以及进行方案比 较、 选择最优方案等; 二是数值计算性工作， 主要是根据选定的初始方案进行大 量的数值计算， 得出相应的结果。电机设计专家系统是把电机理沦和电机设计的 基础知识以及电机设计专家积累的丰富经验， 编制成一条条规则存储在知识库 中， 通过建立正确的推理机制和良 好的人机界面， 又专家系统来指导用户进行设 计工作。目 前我国的电 机设计专家系统的研究还处于初级阶段， 还有许多问题有 待于进行深入的研究解决。 近年来，由于wi n d o w s 视窗化软件的普及推广， 尤其是c 、 十 、 v i s u a l c 十 + 及 c + + b u i l d e r 的快速发展，基于wi n d o w s 环境平台上运行的可视化电机设计系统 也应运而生。电机设计c a d 系统的智能化、可视化、实用化及集成化，是今后 发展的必然趋势。 1 . 3稀土永磁无刷直流电动机c a d系统的特点 1 .3 . 1概述 本软件是基于wi n d o w s m e , wi n d o w s 2 0 0 0 , wi n d o w s x p 操作平台，利用 c + 一 卜 b i l d e r 5 .0 编制的交互式软件，稀土永磁无刷直流电动机c a d 系统的设计思 想是通过数据库的管理来组织软件各相关功能。采用分层次、多模块结构，系 统划分为八大模块:核心数据库模块、电 机设计模块、用户界面模块、电机结 构图形模块、电机特性曲线模块、 材料库管理模块、 打印报表模块、 加密模块。 各模块之间功能分立，相互的通讯和联系完全依靠核心数据库进行。该系统还 具有以下特点， 即在磁路计算时， 以高精度的误差分析准确求取磁路的_ l二 作点; 集电机设计、性能预测、电机结构图输出于一体;采用数据库共享管理方式; 提供全汉字多级菜单界面和热线帮助。又充分利用wi n d o w s 强大的图形界面功 能，开发出系统输入方便，人机界面友好，操作方便，通用性强，适合于生产 厂家对稀上永磁无刷直流电动机进行电磁设计、计算的电机c a d 程序，t h . 有利 西北 上 业大学硕十学位论文 于派生电机的设计。 1 . 3 . 2新颖的稀土永磁无刷直流电动机c a d系统 1 ) 以核心数据库为基础的多模块电机c a d 系统 本文源于“ 十五” 期间航空预研项目， 是以计算机为辅助的电机c a d 设计， 是c a d 技术在产品设计领域的具体应用之一。本论文根据c a d 技术的发展要 求，以缩短电机设计周期、降低设计成本、提高电机性能和计算精度为目的。 提出了基于数据库封闭性、开放性的两级管理的分层次、多模块电机c a d 设计 思想。 核心数据库即电机设计参数数据库部分， 主要设计了三个p a r a d o x 数据库 库表格， 电 机参数 模板 表 格t a b t e m p l a t e ( 它指向 磁盘上的 t e m p la t e .d b ) 、 临时 数 据表格t a b t e m p o r a ry( 存 放设计过程数据， 退出时由 c a d 清除) 、 磁盘数据表格 t a b d i s k f i l e ( 指向 用户要存取的磁盘数据库文件) 。电 机设计中的参数数据都与 临时数据表格t a b t e m p o r a ry 打交道， t m o t o r c a d d a t a 提供了 数据存取的接g函 数; 用户保存设计结果，电 机参数数据由 t a b t e m p o r a ry 推送到磁盘数据表格 t a b d i s k f i l e ; 用户打开已存盘的设计方案， 数据由磁盘数据表格t a b d i s k f il e 推送 到t a b t e m p o r a r 。 磁盘数据存取， t m o t o r c a d d a t a 也提供操作接口函数。 在编 程中我们把核心数据库作为一个模块，即核心数据库模块，次模块包含电机设 计所需参数的数据， 它是系统的中枢模块， 主要负责核心数据库的管理和维护， 其他各模块通过核心数据库获得数据。核心数据库结构是不允许改动的，封装 了基本的数学模型、逻辑推理机构。程序运行时所需的参数均从核心数据库中 提取